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原文传递山地城市交通噪声特性分析及预测模型研究

论文题名：	山地城市交通噪声特性分析及预测模型研究
关键词：	交通噪声;声源特性;道路坡度;预测模型;山地城市
摘要：	随着城市的快速发展，城市道路交通和轨道交通建设进程加快，但交通噪声问题也随之而来。长期暴露于交通噪声环境会导致情绪烦躁、睡眠障碍、高血压、心血管疾病和认知障碍等疾病。为提高居民生活质量和幸福指数，亟须尽快改善城市交通引起的噪声污染问题。通过对城市交通噪声的评估与预测，可实现对现有交通噪声的整治与防范，并进一步预判规划线路交通噪声的可能事件，以提前为城市交通噪声处治预留实施空间。　　交通噪声与城市道路条件和交通环境等因素存在极大联系。目前交通噪声研究较多针对平原城市，而对山地城市道路坡度、跨江轨道桥梁等因素考虑较少。针对重庆这一山地城市，存在道路线形变化多样、交通体系错综复杂等特点，其交通噪声源种类和特性均与平原城市存在差异，传统噪声分析模型对山地城市的适用性将受到限制。本文考虑两类严重影响人们日常生活的交通噪声（道路交通噪声及轨道交通噪声），以噪声预测模型为主线对山地城市交通噪声特性分析进行串联。道路交通噪声预测模型以引入道路坡度实现，轨道交通噪声预测模型以轨道桥梁为研究对象，主要研究工作及成果如下：　　（1）以揭示微观声源发生机理为切入点，分析城市道路交通噪声的声源特性。基于交通运输部公路科学研究院对足尺环道开展的拖车法噪声监测试验，通过多级贝叶斯回归构建关键变量与轮胎-路面噪声的关系模型，并得出不同影响因素对轮胎-路面噪声的贡献程度。其中，车辆行驶速度与轮胎-路面噪声呈显著正相关；轮胎类型和路面类型对噪声具有分级作用；速度较高时，多孔沥青路面吸声降噪特性得以体现。　　（2）针对山地城市道路坡度特点开展不同坡度范围道路噪声监测试验，基于人工神经网络构建大坡度范围单车辐射噪声预测模型以及道路交通流噪声预测模型，有助于实现山地城市道路交通噪声的预测、控制与管理。单车噪声辐射模型在测试集上最大R2为0.8688，MAE为1.73dB；道路交通流噪声辐射模型在测试集上R2为0.8218，MAE为0.73dB。　　（3）针对山地城市轨道交通体系，以钢桥这类轨道桥（东水门长江大桥）为研究对象，基于桥梁参数及模态测量结果，利用ANSYS软件建立移动荷载作用下轨道桥和轮轨的振动分析模型。以瞬态动力分析方法计算获得桥梁边跨跨中的振动位移、速度和加速度时程结果，以谐响应分析方法计算获得轮轨的振动位移、速度和加速度响应频谱。　　（4）根据振动与噪声的因果关系，将计算得到的结构振动响应结果作为声学边界条件输入LMS Virtual.Lab Acoustics声学仿真软件，应用声学有限元法实现频域声辐射数值仿真，应用声学边界元法实现时域声辐射数值仿真。构建车辆-轨道-桥梁系统模型，基于仿真结果分析轨道桥桥梁结构噪声及轮轨滚动噪声的声学特性、声辐射空间分布规律及时间分布规律。桥梁结构噪声声能量主要集中在31.5Hz、80Hz及125Hz；轮轨噪声声能量主要集中在250Hz、400Hz、1250Hz和2000Hz，可重点针对这些峰值频率采取减振降噪措施。　　（5）通过在轨道桥轮轨系统附近及桥梁周边敏感区设置测点，获取桥梁结构噪声及轮轨噪声实测数据，采用三次样条曲线构建实测结果与仿真结果的差异修正公式，对建立的车辆-轨道-桥梁系统模型仿真结果进行修正。基于车辆-轨道-桥梁系统仿真修正值建立轨道桥噪声空间预测模型，并通过额外验证试验评估模型的适用性。靠近轮轨接触面场点能较好地预测轮轨噪声，桥梁正下方场点能较好地预测低频噪声，高频噪声衰减速度快于低频噪声。50%测点的仿真结果与实测结果差值小于2dB，百分误差范围为0.17~6.50%，模型可用于评估和预判山地城市典型轨道交通体系的噪声水平。　　本文建立的轮胎-路面噪声预测模型、单车辐射噪声预测模型、道路交通流噪声预测模型和轨道桥噪声空间预测模型，有助于实现山地城市复杂交通环境的噪声预测及规划线路的噪声预判，可为有关部门管理交通噪声污染提供参考。
作者：	陈柳晓
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	唐伯明
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2021